截面形式對(duì)柱體鋼筋籠穩(wěn)定性的影響

任崇

【摘 ?要】鋼筋籠綁扎是施工過程中重要的臨時(shí)工程之一，由于施工人員對(duì)其穩(wěn)定性的忽視，國(guó)內(nèi)外鋼筋籠倒塌事故時(shí)有發(fā)生。本文引入了截面形式不同的兩個(gè)鋼筋籠試件作為實(shí)驗(yàn)構(gòu)件并生成數(shù)據(jù)用于比較，其目的是找出不同橫截面形式對(duì)柱鋼筋籠穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，在同一偏心荷載和截面面積下，圓形截面鋼筋籠比方形截面鋼筋籠更加穩(wěn)定。

【關(guān)鍵詞】鋼筋籠;穩(wěn)定性;截面形式;圓形;方形

0引言

在國(guó)內(nèi)外的工業(yè)民用建筑、橋梁和城市地下建筑中有一些大型的建設(shè)項(xiàng)目，其中這些項(xiàng)目的豎直構(gòu)件如墩、柱尺寸相對(duì)較大，其鋼筋籠尺寸也會(huì)相對(duì)較大。在鋼筋籠綁扎安裝過程中，其較大的結(jié)構(gòu)自重和其它外部作用如風(fēng)荷載等，很容易引起鋼筋籠失穩(wěn)，若沒有相應(yīng)的措施，最終會(huì)造成重大的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。在以往的研究當(dāng)中，國(guó)內(nèi)外研究人員更關(guān)注于鋼筋混凝土的材料特性和鋼筋混凝土構(gòu)件的受力行為，鮮有對(duì)單獨(dú)鋼筋籠穩(wěn)定性的獨(dú)立研究，本文通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證截面形式對(duì)其穩(wěn)定性的影響。

1實(shí)驗(yàn)概況

1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

本實(shí)驗(yàn)旨在研究在大偏心受壓情況下，相同截面面積，不同截面形式（方形和圓形）的柱鋼筋籠的受力，從而反映截面形式對(duì)柱鋼筋籠穩(wěn)定性的影響。

1.2實(shí)驗(yàn)介紹

由于本實(shí)驗(yàn)在英國(guó)卡迪夫大學(xué)完成，所以試件設(shè)計(jì)遵循的是英國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（BS8110），最終設(shè)計(jì)鋼筋籠試件高度為1200mm，圓形柱鋼筋籠截面直徑為250mm，方形柱鋼筋籠截面邊長(zhǎng)為222mm，縱向鋼筋由8根#10的帶肋鋼筋組成。箍筋為#6的光圓鋼筋，其間距為120mm，所有節(jié)點(diǎn)由22扎絲單股綁扎完成。為保證結(jié)構(gòu)整體有效受壓，在兩個(gè)鋼筋籠頂端焊接有相同截面，直徑和邊長(zhǎng)較大的8mm鋼板作為承壓面，其鋼筋分布和試件整體如圖1所示。

為保證較好地反映兩個(gè)試件不同的受力情況，在其鋼筋籠軸線一側(cè)共4根鋼筋中部（距離混凝土基座550mm處）沿軸線方向左右兩側(cè)，和軸線上兩根鋼筋底部（距離混凝土基座50mm處）沿軸線方向左右兩側(cè)，各貼有一個(gè)應(yīng)變片（共12個(gè)）來測(cè)量鋼筋應(yīng)變變化如圖2所示。同時(shí)在偏心壓力的另一側(cè)距底部660mm和1150mm處設(shè)有兩個(gè)撓度計(jì)如圖三所示，來檢測(cè)偏心受壓情況下鋼筋籠上兩點(diǎn)的。

1.3實(shí)驗(yàn)過程

本實(shí)驗(yàn)需要還原實(shí)際鋼筋籠綁扎所遇到的主要問題，由于受到實(shí)驗(yàn)器材限制，大型構(gòu)件鋼筋籠所受到的風(fēng)荷載需轉(zhuǎn)換為偏心壓力。為保證鋼筋籠能夠循環(huán)使用，要確保鋼筋內(nèi)最大應(yīng)力不超過屈服應(yīng)力，即鋼筋只發(fā)生彈性變形，根據(jù)計(jì)算，本實(shí)驗(yàn)最終決定其偏心距為沿軸線右側(cè)300mm，所施加的偏心壓力為4kN如圖三所示。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

從圖四圓形截面鋼筋籠應(yīng)變變化中可以看出，除了10和11應(yīng)變片所反映的應(yīng)變變化有更大的斜率，其他的更多集中在±200μE。由于10和11位于桿件的較低位置，因此其變化更為顯著。相反，方形截面的鋼筋籠各鋼筋應(yīng)變變化是較為分散的，其中大部分已經(jīng)超過±200μE。其中變化較為顯著的是4和5，而不是10和11，其差異是由于不同的截面形式。對(duì)于正方形截面鋼筋籠，4和5應(yīng)變片所貼附的鋼筋較于軸線有所偏移，相對(duì)地其偏心距會(huì)有所增大，因此應(yīng)變變化將相應(yīng)地變大，且這兩根鋼筋底部并未設(shè)置應(yīng)變片，無法檢測(cè)到該位置的應(yīng)變變化，但是從力學(xué)角度分析，可以得知其底部應(yīng)變變化一定比中部位置更為顯著，所以可以得出結(jié)論，在偏心荷載作用下，具有圓形橫截面的鋼筋籠比方形截面鋼筋籠更加穩(wěn)定。

3小結(jié)

可見對(duì)于大型柱體，在鋼筋籠綁扎和安裝過程中施工人員應(yīng)該對(duì)于橫截面為正方形的鋼筋籠更加重視，加強(qiáng)該過程中的橫向或斜向支撐可以有效地避免人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 張季超，隋莉莉.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京：高等教育出版社，2016.

（作者單位：廣州大學(xué)土木工程學(xué)院）